Magnetoaerodinamika

A magnetoaerodinamika (MAD) egy speciális mező magnetohidrodinamika (MHD), ezért az MHD-gáz másik neve . A cél az, hogy ellenőrizzék a gáz áramlását az elektromágneses erők úgynevezett Lorentz erők annak érdekében, hogy a légköri repülést lehetővé a hiperszonikus sebesség .

Bevezetés

A MAD vagy az MHD-gáz számos tudományág kereszteződésében található tudomány: folyadékmechanika , aerodinamika , elektromágnesesség és plazmafizika .

A fizika plazmák középpontjában a MAD: levegő egy szigetelő . Alkalmazni Lorentz erők, és arra, hogy ezek hatnak a gáz, a levegő először be kell tenni egy karmester a villamos energia által ionizáló azt , amit úgy lehet elérni különböző eszközökkel ( mikrohullámú 3 GHz , THT , elektron vagy lézer gerendák , ionizáló sugárzás ). Az ionizált gázt plazmának nevezzük .

Ezek a gyengén ionizált gázok ebben az esetben hideg plazmák , amelyeket intenzív mágneses mezők jelenlétében helyeznek el . Ezeknek az interakcióknak a vizsgálata az úgynevezett alacsony mágneses Reynolds-szám MHD egyik ágát érinti (kevésbé dokumentált és alapvetően bonyolultabb, mint a magas mágneses Reynolds-számmal rendelkező „forró plazma MHD”, például az asztrofizikában és a termonukleáris plazmákban ). Így az MHD átalakítóban a magas hőmérsékletű paraméter mellett (amikor a mágneses mező intenzív) a "kettős hőmérsékletű plazma" az elektrotermikus instabilitás jelenségének a helye, amelyet nehéz ellenőrizni.

Az MHD-gáz az 1960-as és 1970-es évek között nagyon aktív kutatás tárgyát képezte az iparosodott országokban, de azután olyan technikai akadályok miatt elhagyták, mint ez az elektrotermikus instabilitás vagy a szállítandó elektromágnesek túlzott tömege (kivéve az Egyesült Államokban figyelemre méltó) Államok és Oroszország , amelyek az 1970-es évek óta rendelkeznek a világ egyetlen működő MHD-gáztermelőjével ).

A kialakulóban lévő technológia által keltett lelkesedés az 1960-as években a katonai kutatási és fejlesztési programok hátterében állt, amelyek az esetleges repülőgép-alkalmazásokhoz kapcsolódtak: áramlásszabályozás, áramtermelés Ezek az erőfeszítések a mai napig alacsony láthatóságot tartanak fenn. A XXI .  Század fordulója óta azonban az anyagok terén elért technikai fejlődésnek és a komplex jelenségek numerikus szimulációjának köszönhetően számos olyan plazma repülőgép-alkalmazásának kutatása folytatódik, amelyek magnetoaerodinamikája (nem korlátozva a meghajtó alkalmazásokra) aktívan folytatódik országok, köztük Oroszország, az Egyesült Államok, Kína, Japán, Németország és Franciaország, köszönhetően a számítógépes számítástechnikai rendszerek megnövekedett teljesítményének, amely lehetővé teszi az érintett mikroszkopikus és makroszkopikus jelenségek fejlett modellezését, valamint az egyre hatékonyabb szupravezető elektromágnesek elérhetőségét .

Alkalmazások

MAD számos megoldást kínál a légköri repülést szuperszonikus és hiperszonikus sebességgel , elsősorban ellen a hang gát és a hő akadály . Ez az elméleti és kísérleti kutatás az angol " MHD flow-control " kifejezés alatt csoportosul (a gázáramlás aktív szabályozása helyi MHD-gyorsítással vagy fékezéssel ):

• MHD-pajzs  : az űrkapszulák fokozatos lelassulása és a fal védelme a melegítés ellen a légköri visszatérés során .

• MHD energiatermelés  : egy MHD fúvóka van beépítve a repülőgép aerob meghajtórendszerébe, és átalakítja az égéstérből kilépő ionizált fajok kinetikus energiáját (sebességét) villamos energiává. Az ionizált áramlás lehet szubszonikus, szuperszonikus vagy hiperszonikus. Ban ben2006. december, Az Általános Atomics a Mach 8-on tesztelte az első hiperszonikus MHD generátor demonstrátort, amelyet a szupersztátor-reaktor kamrájának kimeneténél helyeztek el. Ezt a kísérletet az Egyesült Államok Légierője által 2001-ben kezdeményezett HVEPS (Hypersonic Vehicle Electric Power System) program keretében hajtották végre. A demonstrátor lehetővé tette az objektívnél 67-szer alacsonyabb 15 kW maximális teljesítmény elérését. eredetileg 1 MW-ra lett célozva.

• MHD bypass ( MHD-bypass ): az aerob meghajtórendszerbe integrált eszköz, amely MHD generátorból, égési (vagy ionizációs) kamrából és MHD gyorsítóból áll. Lehetővé teszi, hogy egy repülőgép nagyon nagy sebességgel fejlődhessen egy hagyományos hajtásrendszer ösztönzésével, amelyet az MHD segít. Ez a fajta eszköz három szakaszban működik. Kezdetben a levegőt fokozatosan lassítják, összenyomják és előmelegítik a sugárhajtóművek bejutásáig (ez a folyamat MHD konverzióval is energiát termel ). Az így kezelt áramlás leegyszerűsíti az égési jelenségeket (második szakasz). Harmadszor: az égés során keletkező forró és ionizált gázokat a fúvóka kimeneténél újra felgyorsítják. Ez a kutatási téma egyike az orosz Ajax hiperszonikus repülőgép-koncepció és a reverzibilis MHD burkolólapok kifejlesztésének az asztronautika területén .

• A külső áramlások ellenőrzése  : a lökéshullámok, a súrlódás, az ébredés és a hullám nyomainak csökkentése vagy megszüntetése MHD-gyorsítással vagy fékezéssel a levegővel érintkező repülőgép teljes felületén vagy annak egy részén ( nedves felület ).

• Külső áramlást kényszerítő meghajtás  : az MHD tolóerő kihasználása a jövőbeli repülőgépjárművek fő hajtóerejeként (nagyon erős energiaforrásra van szükség). Ebben a témában lásd az előzetes tanulmányokat, amelyeket az 1970-es és 1980-as években végzett Jean-Pierre Petit , a CNRS fizikusa ( MHD aerodynes ), és az 1980-as évek eleje óta Leik Myrabo fizikus , az RPI ( MHD slipstream gyorsító ), szintén részt vesz a Lightcraft projektben lézer- és mikrohullámú sugárzással.

Lásd is

Kapcsolódó cikkek

• Laplace erő
• Lorentz erő
• Elektromágneses erő
• MHD átalakító
• MHD gyorsító
• Magnetohidrodinamika
• Szuperkavitáció

Külső linkek

• MHD, a technika állása és a hajtóanyag alkalmazásának első bizonyító kísérletei , Műszaki megjegyzés: 19 / 0273CT / GEPAN, CNES ,1981. november 17.
• A CNRS hálózat 2001-ben létrehozott "hideg plazmái" .
• DMPh  : Fizikai mérések osztályának a ONERA található Palaiseau , tervez levegő ionizációs eszközök.
• DAFE  : Alapvető és kísérleti Aerodinamikai Department of ONERA található Chalais-Meudon , tanulmányozza a kölcsönhatásokat plazmák szuperszonikus áramlás.
• Licorn projekt: www.3d-spirit-paris.com

Megjegyzések és hivatkozások

1. Az angol kifejezések mellett: MFD ( magneto-fluid-dynamics ); MPD ( magnetoplazmadinamika ) vagy akár MGD ( magnetogázdinamika ).
2. Olvassa el az MHD "Archivált másolat" csatájának megnyerésének szélén álló oroszok című cikkét (2018. november 8-i verzió az Internetes Archívumban ) , Science & Vie , 684. szám, 1974. október.
3. (in) Vyacheslav Chernyshev, "  Nemzetközi együttműködés az MHD villamosenergia-termelésében  ", p.  42–53 , NAÜ Közlöny , 1. évf. 20., 1. szám, 1978. február [PDF] .
4. 2002 júniusában például Franciaország ismét elsajátította a mágneses mező nélküli hideg plazmák (2003–2007 előzetes tanulmányok) és a MAD (2008-tól) készségeit egy speciális versenyképességi klaszter létrehozásával, amely negyven szinergiában dolgozó laboratóriumot tömörített. Lásd az Air & Cosmos folyóiratban megjelent cikkeket erről az átszervezésről országos szinten:
   • Szames, Franciaország meggyullad a hideg plazmák miatt , Air & Cosmos, 1885. szám, p. 2003. április 11–16.
   • Francia kutatás az MHD meghajtásáról , Air & Cosmos, n ° 1886, p. 2003. április 18–19.
5. Lásd a NASA első jelentését az MHD légköri visszatéréséről:
   • (en) AR Kantrowitz, Flight Magnetohydrodynamics , AVCO Research Report no 51, 1959. március
   • (en) PO Jarvinen, A magnetohidrodinamika használatáról a nagy sebességű visszatérés során , NASA CR-206, AVCO szerződéses jelentés, 1965. április
   és a legújabb fejlemények ebben a témában:
   • Szames, La Darpa, MHD visszatérő demonstrátort akar , Air & Cosmos, 1904. szám, pp. 2003. szeptember 20–21
   • Szames AD, Három Darpa-szerződés az MHD visszatérésére , Air & Cosmos, n ° 1930, pp. 40-41, 2004. április 2
   • AD Szames, MHD Vissza az iskolába: Európa válasza , Air & Cosmos, n ° 1932, pp. 2004. április 16–32
   • AD Szames, MHD Vissza az iskolába: Amikor a Mars felkészül a háborúra , Air & Cosmos, n ° 1974, pp. 34-35, 2005. március 11
   • AD Szames, MHD Vissza az iskolába: Európa elkötelezett , Air & Cosmos, n ° 1984, pp. 40–41, 2005. május 20
6. A HVEPS program rövid áttekintését, amelynek teljes részleteit nem hozták nyilvánosságra, a francia szaksajtó ismertette.
   • Szames, Hypersonique : az MHD lendületet vesz , Air & Cosmos, n ° 2081, pp. 2007. június 8–22
   • AD Szames, MHD generátor: miért változtatja meg a hiperszonikus játékszabályokat , Air & Cosmos, n ° 2081, 24. o., 2007. június 8.
7. . Nézze meg az Ajax projekt népszerű francia nyelvű cikkeit  :
   • Szames AD : Egy rejtély vizsgálata: a hiperszonikus Ajax , Air & Cosmos repülőgép , 1777, pp. 2001. január 22–24
   • AD Szames, vizsgált termokémiai reaktorok , Air & Cosmos, n ° 1815, pp. 2001. október 14-15., 26
   • AD Szames, egzotikus égés: a plazma elcsábítja a hiperszonikát , Air & Cosmos, n ° 1829, pp. 2002. február 16–17
   és az első publikációk, amelyek leírják a vezetőket, a volt Szovjetunióban követték a témát, és az Egyesült Államokban ezen a területen tett mérnöki erőfeszítéseket:
   • (en) EP Gurijanov, PT Harsha, AJAX: Új irányok a hiperszonikus technológiában , AIAA-1996-4609, 7. repülőgép-repülőgépek és hiperszonikus technológiai találkozó, 1996
   • (en) VA Bityurin, VA Zeigarnik, AL Kuranov, Az MHD-technológia perspektívája az űripari alkalmazásokban , AIAA-1996-2355, Plasmadynamics and Lasers Conference, 27., New Orleans, LA, 1996. június 17–20.
   • (en) VA Bityurin, JT Lineberry, VG Potebnia, VI Alferov, AL Kuranov, EG Sheikin, Assessment of Hypersonic MHD Concepts , AIAA-1997-2323, Plasmadynamics and Lasers Conference, 28., Atlanta, GA, június 23-25. 1997
   • (en) VL Fraishtadt, AL Kuranov, EG Sheikin, MHD rendszerek használata hiperszonikus repülőgépekben , Műszaki fizika, 1. évf. 43, n ° 11, pp. 1309-1313, 1998
8. AD Szames, Az első reverzibilis MHD rendszer felé , Air & Cosmos, n ° 1977, pp. 24-25, 1 st április 2005
9. Olvassa el a Science & Vie n ° 702 "Archivált másolat" című cikkét (2018. november 8-i verzió az Internetes Archívumban ) (1975); a CRAS 1976